Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Verhalten von CFK während Flügen exakt nachgewiesen

01.03.2016

Leichtere Flugzeuge

Über das Verhalten von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) während eines Flugs ist bislang wenig bekannt. Fraunhofer-Forscher haben bei der Clean Sky-Forschungsinitiative mit Hilfe eines auf Lichtwellenleitern basierenden Messaufbaus exakt nachgewiesen, wie stark sich CFK-Teile während des Fliegens verformen.


© Foto Alenia Aermacchi

Als Testflugzeug diente ein Mittelstreckenmodell für etwa 70 Passagiere. Für die Flüge wurde ein etwa fünf Mal drei Meter langes CFK-Bauteil eingesetzt. Dieser Bereich ist einer der am stärksten belasteten Bauteile beim Flug.

Der Pilot startet durch. Langsam löst sich der Gummireifen vom Asphalt. An Bord: keine Passagiere, nicht mal Sitzreihen. Die Verkleidung der Innenwände fehlt: stattdessen Kabel, Sensoren, am Boden fest verschraubte Messgeräte. Der Rumpf des Fliegers besteht nicht wie üblich aus Aluminium.

Ein Bauteil aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) bildet die obere Außenhaut – vom Cockpit bis zu den Tragflächen. Leicht und dennoch stabil. Das Material der Zukunft. Dass es den Belastungen des Testflugs standhält, ist sicher. Aber wie weit wird es sich bei unterschiedlichen Flugmanövern verformen? Exakte Werte liegen bislang nicht vor.

Bis auf den Nanometer genau

»CFK-Strukturen verhalten sich während eines Flugs anders als Aluminium«, sagt Conchin Contell Asins, Wissenschaftlerin am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt. Wie genau, hat sie zusammen mit ihrem Kollegen Oliver Schwarzhaupt mit einem speziellen Messaufbau bei Testflügen herausgefunden. Optische Messfasern detektierten mit Hilfe der Lichtwellenleiter-Technologie schon minimale Verformungen.

»Das ist mit herkömmlichen metallischen Dehnungsmessstreifen nicht möglich. Diese basieren auf Änderungen ihres elektrischen Widerstands durch Verformung, sind aber weniger fein auflösend«, erklärt die Forscherin.

Ziel der Messflüge war es, robuste Daten zu erhalten, die mit den theoretischen Berechnungen über das Flugverhalten von CFK verglichen werden können. Die realen Daten benötigen Flugzeugbauer, um Bauteile exakt so zu bauen, dass sie den im jeweiligen Flugzeugmodell auftretenden Belastungen standhalten. Das gelingt bisher nur näherungsweise. Deshalb integrieren Flugzeugbauer CFK sicherheitshalber überdimensioniert in neue Modelle.

»Die Testflüge haben gezeigt, dass unser Messaufbau funktioniert: Wir konnten jedem einzelnen Flugmanöver eine eindeutige CFK-Verformung zuordnen. Die Werte waren so exakt, dass man auch von den Dehnungssignalen auf das Flugprofil hätte schließen können«, ergänzt Schwarzhaupt. Außerdem ist es mit diesem System möglich, die Struktur während des Flugs auf ihren Zustand hin zu überwachen. »Ändert sich das im Verformungsverhalten, kann das auf Schäden hindeuten. Mit einer solchen Strukturüberwachung könnte man Bauteile deutlich länger im Einsatz belassen«, sagt Contell Asins.

Das Team von Wissenschaftlern aus Darmstadt installierte bei dem Testflug die komplette Messhardware im Flugzeug und wertete die Daten aus. Der Flugzeughersteller analysiert die Ergebnisse in »JTI Clean Sky – Green Regional Aircraft Plattform« des 7. Rahmenprogramms, einer Forschungsinitiative der Europäischen Kommission und der europäischen Luftfahrtindustrie. Das Ziel: noch leichtere CFK-Bauteile zu bauen und die Einsatzzeiten der Bauteile zu verlängern. Schwarzhaupt: »Wer unnötiges Material einspart, benötigt auch weniger Treibstoff.«

Am stärksten belastetes Bauteil getestet

Als Testflugzeug diente ein Mittelstreckenmodell für etwa 70 Passagiere. Für die Flüge wurde ein etwa fünf Mal drei Meter langes CFK-Bauteil eingesetzt. Dieser Bereich ist einer der am stärksten belasteten Bauteile beim Flug. Die optischen Messfasern legten die Forscher an der zum Flugzeuginnenraum gewandten Seite an. »Die dünnen, länglichen Glasfasern eignen sich gut, um auch sehr schwache Veränderungen von größeren Bauteilen anzuzeigen«, sagt Contell Asins.

Eine optisch-elektrische Auswerteeinheit nahm die Signale der Messfasern auf. Die Blackbox lieferte zusätzliche Informationen zu Flughöhe, Fluggeschwindigkeit oder Flugmanövern. »Wir haben beide Datenpools – Dehnungsmessung und Flugdaten – mit Hilfe einer speziellen Software korreliert«, beschreibt Contell Asins. Um die Dehnungssensoren an den richtigen Stellen anzubringen, mussten die Forscher wissen, wo Belastungen üblicherweise bei Flugmanövern auftreten.

»Hier konnten wir unser Know-how zum Verhalten von CFK einbringen: Die Stellen mit den höchsten Belastungen hatten wir zuvor berechnet und die Messstellen dort angebracht«, sagt Schwarzhaupt. Bei CFK-Strukturen in Flugzeugen tragen vor allem die angebrachten Versteifungselemente die Last. Diese befinden sich auf der Innenseite der Außenhaut in Längs- und Umfangsrichtung zum Rumpf.

Kontakt

Anke Zeidler-Finsel

Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
Bartningstr. 47
64289 Darmstadt

Telefon +49 6151 705-268

E-Mail senden

Anke Zeidler-Finsel | Fraunhofer Forschung Kompakt
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2016/maerz/verhalten-von-cfk-waehrend-fluegen-exakt-nachgewiesen.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Optimierung von Legierungswerkstoffen: Diffusionsvorgänge in Nanoteilchen entschlüsselt
13.11.2018 | Technische Universität Graz

nachricht Wie beim Regenwurm: Neues atmendes Material schmiert sich bei Bedarf selbst
12.11.2018 | INM - Leibniz-Institut für Neue Materialien gGmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ein Chip mit echten Blutgefäßen

An der TU Wien wurden Bio-Chips entwickelt, in denen man Gewebe herstellen und untersuchen kann. Die Stoffzufuhr lässt sich dabei sehr präzise dosieren.

Menschliche Zellen in der Petrischale zu vermehren, ist heute keine große Herausforderung mehr. Künstliches Gewebe herzustellen, durchzogen von feinen...

Im Focus: A Chip with Blood Vessels

Biochips have been developed at TU Wien (Vienna), on which tissue can be produced and examined. This allows supplying the tissue with different substances in a very controlled way.

Cultivating human cells in the Petri dish is not a big challenge today. Producing artificial tissue, however, permeated by fine blood vessels, is a much more...

Im Focus: Optimierung von Legierungswerkstoffen: Diffusionsvorgänge in Nanoteilchen entschlüsselt

Ein Forschungsteam der TU Graz entdeckt atomar ablaufende Prozesse, die neue Ansätze zur Verbesserung von Materialeigenschaften liefern.

Aluminiumlegierungen verfügen über einzigartige Materialeigenschaften und sind unverzichtbare Werkstoffe im Flugzeugbau sowie in der Weltraumtechnik.

Im Focus: Graphen auf dem Weg zur Supraleitung

Doppelschichten aus Graphen haben eine Eigenschaft, die ihnen erlauben könnte, Strom völlig widerstandslos zu leiten. Dies zeigt nun eine Arbeit an BESSY II. Ein Team hat dafür die Bandstruktur dieser Proben mit extrem hoher Präzision ausgemessen und an einer überraschenden Stelle einen flachen Bereich entdeckt. Möglich wurde dies durch die extrem hohe Auflösung des ARPES-Instruments an BESSY II.

Aus reinem Kohlenstoff bestehen so unterschiedliche Materialien wie Diamant, Graphit oder Graphen. In Graphen bilden die Kohlenstoffatome ein zweidimensionales...

Im Focus: Datensicherheit: Aufbruch in die Quantentechnologie

Den Datenverkehr noch schneller und abhörsicher machen: Darauf zielt ein neues Verbundprojekt ab, an dem Physiker der Uni Würzburg beteiligt sind. Das Bundesforschungsministerium fördert das Projekt mit 14,8 Millionen Euro.

Je stärker die Digitalisierung voranschreitet, umso mehr gewinnen Datensicherheit und sichere Kommunikation an Bedeutung. Für diese Ziele ist die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungen

Wer rechnet schneller? Algorithmen und ihre gesellschaftliche Überwachung

12.11.2018 | Veranstaltungen

Profilierte Ausblicke auf die Mobilität von morgen

12.11.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

MagicMoney: Offline bezahlen – mit deinem Smartphone

13.11.2018 | Wirtschaft Finanzen

5G sichert Zukunft von Industrie 4.0 – DFKI mit der SmartFactoryKL auf der SPS IPC Drives

13.11.2018 | Messenachrichten

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics